JP4712727B2 - Ｘ線管及びｘ線源 - Google Patents

Description

本発明は、非破壊検査に使用されるＸ線発生装置等に組み込まれるＸ線管、及びこれを用いたＸ線源に関する。

Ｘ線管は、電子銃から出射された電子をターゲットに衝突させることでＸ線を発生するものである。従来のＸ線管として、例えば特許文献１に記載されたものがある。このＸ線管は、電子銃を収容する外囲器本体にバルブが接合されてなる真空外囲器を備えており、その真空外囲器には、その中でターゲットを支持するためのターゲット支持体が挿入されている。バルブには、その先端部が全周にわたって内側に折り返されるようにして内筒部が形成されており、その内筒部の先端部がターゲット支持体に固定されている。そして、ターゲット支持体には、バルブ内での放電の発生を抑制するため、ターゲット支持体と内筒部の先端部との固定部分を覆うカバーが設けられている。
米国特許第５，０７７，７７１号明細書

しかしながら、上述した従来のＸ線管ではバルブ内に内筒部が形成されており、これに伴ってカバーの形状も複雑化している。このようなＸ線管の構成の複雑化は、バルブ内での放電の発生を助長するおそれがある。

本発明は上記課題の解決のためになされたものであり、単純な構成によりバルブ内での放電の発生を抑制することができるＸ線管、及びこれを用いたＸ線源を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係るＸ線管は、電子銃から出射された電子をターゲットに衝突させることによりＸ線を発生するＸ線管であって、電子銃を収容する外囲器本体と、外囲器本体に一端側開口部が固定され、他端部が狭窄部として形成された筒状のバルブと、バルブに挿通され、ターゲットを支持するターゲット支持体とを備え、ターゲット支持体には、バルブの他端側開口部が固定されていると共に、外囲器本体と他端側開口部との間において、バルブの一端側から見てターゲット支持体と他端側開口部との固定部分を遮蔽する遮蔽部が形成されている。

このＸ線管では、外囲器本体とバルブの他端側開口部との間において、バルブの一端側から見てターゲット支持体と他端側開口部との固定部分を遮蔽する遮蔽部が形成されている。これにより、バルブの一端側とターゲット支持体と他端側開口部との固定部分との間の放電の発生を抑制することができる。また、バルブの他端部が狭窄部として形成され、このバルブの他端側開口部がターゲット支持体に固定されているため、バルブに内筒部が形成されてなる従来のＸ線管に比べ、バルブ及び遮蔽部の形状を単純化することができる。このような単純な構成により、放電の発生の効果的な抑制を実現することができる。さらに、ターゲット支持体とバルブの他端側開口部とを固定する際には、バルブに内筒部が形成されてなる従来のＸ線管に比べて作業容易性や視認性が向上し、製造されたＸ線管の信頼性を高めることも可能となる。

また、遮蔽部は、ターゲット支持体と一体的に形成されていることが好ましい。この場合、バルブ内の部品点数が減少するため、バルブ内での放電の発生をより効果的に抑制することができる。

また、遮蔽部は、角部が丸められた形状又は角部を有しない形状をなしていることが好ましい。こうすると、遮蔽部での電界の局所的な集中が回避されるため、放電の発生をより効果的に抑制することができる。

また、他端側開口部に接合され、ターゲット支持体が挿通する筒状部材を更に備え、他端側開口部は、筒状部材を介してターゲット支持体に固定されていることが好ましい。このような構成により、ターゲット支持体とバルブの他端側開口部との固定にあたってターゲット支持体を筒状部材に沿って微調整することができるので、電子銃に対するターゲットの位置合わせを精度良く行うことが可能となる。

また、本発明に係るＸ線源は、上述したＸ線管を収容する筐体と、Ｘ線管のターゲット支持体に電圧を供給する高圧電源部とを備え、ターゲット支持体と他端側開口部との固定部分は、包囲部材により包囲されている。

このＸ線源では、前述したＸ線管の採用によってバルブ内での放電の発生を効果的に抑制することができる。さらに、ターゲット支持体とバルブの他端側開口部との固定部分は包囲部材によって包囲されているので、筐体とＸ線管との間の放電の発生を抑制することができる。

また、筐体は、高圧電源部が埋設された絶縁ブロックと、絶縁ブロックに固定され、内部に絶縁性液状材料を充填した金属製の筒部とを備え、Ｘ線管のバルブが筒部に収容され、包囲部材は、筒部の内壁から固定部分が見通せないように固定部分を包囲しているのが好ましい。

このＸ線源では、絶縁ブロックに筒部を固定し、Ｘ線管のバルブを筒部に収容することによって、Ｘ線発生動作時において、Ｘ線管の放熱性を高めることができるので、Ｘ線管内部での放電の発生を抑制できる。さらに、包囲部材が固定部分を包囲することによって、筒部とＸ線管との間の放電の発生を抑制することができる。

さらに、包囲部材は、Ｘ線管の管軸方向に沿って延びる壁部を有し、壁部が、筒部の内壁から固定部分が見通せないように固定部分を包囲しているのが好ましい。

この場合、Ｘ線管の管軸方向に沿って延びる壁部が固定部分を包囲しているので、固定部分近傍の電界を乱すことがなく、より効果的に筒部とＸ線管との間の放電を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係るＸ線管及びＸ線源によれば、単純な構成によりバルブ内での放電の発生を抑制することができる。

図１は、本発明に係るＸ線源の一実施形態を示す断面図である。 図２は、本発明に係るＸ線管の一実施形態を示す断面図である。 図３は、図２に示したＸ線管におけるバルブの他端部の拡大図である。 図４は、変形例に係るＸ線管におけるバルブの他端部の拡大図である。 図５は、別の変形例に係るＸ線管におけるバルブの他端部の拡大図である。 図６は、さらに別の変形例に係るＸ線管におけるバルブの他端部の拡大図である。

符号の説明

１…Ｘ線源、２…筐体、３…高圧電源部、４…Ｘ線管、１８…ターゲット支持体、１９…外囲器本体、２０…バルブ、３２…一端側開口部、３４…他端側開口部、３７…狭窄部（他端部）、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４１，４１Ａ…筒状部材、４２，４２Ａ…遮蔽部、４２ａ…角部、Ｔ…ターゲット、Ｗ…固定部分。

以下、本発明に係るＸ線管及びＸ線源の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、「上」、「下」等の語は図面に示す状態に基づいており、便宜的なものである。

図１は、本発明に従って構成されたＸ線源の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、Ｘ線源１は、筐体２と、高圧電源部３と、Ｘ線管４とを備えている。

筐体２は、底板６と、天板７と、筒部８と、絶縁ブロック９とによって構成されている。底板６と天板７とは、それぞれ略正方形状を有し、天板７の中央には円形の貫通孔７ａが設けられている。この底板６と天板７との各隅部同士はスペーサ１０を介して連結されており、底板６と天板７とは所定の間隔をとって互いに固定されている。また、底板６、天板７、及びスペーサ１０の側面は、これらを繋ぐ側板（図示しない）によって覆われている。

筒部８は、金属によって上端が先細りの円筒形状に形成され、その内径が天板７の貫通孔７ａと同径とされている。筒部８の下端部には取付フランジ８ａが設けられており、上端部には、Ｘ線管４を取り付けるための円形の開口部８ｂが形成されている。そして、筒部８は、取付フランジ８ａが天板７の貫通孔７ａの周縁部に液密に固定されることにより、その内部と天板７の貫通孔７ａとが連通するようにして天板７の上面中央に立設されている。なお、筒部８は接地電位とされている。

絶縁ブロック９は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料によって略立方体形状に形成され、表面にはその電位を接地電位とするための導電性材料による被覆、例えば導電性テープの貼付や導電性塗料の塗布といった処理がなされている。この絶縁ブロック９は、天板７の貫通孔７ａを下側から塞ぐようにして、底板６と天板７とによって挟持されている。このような構成により、筐体２の上部には、筒部８、天板７、絶縁ブロック９、及び高圧電源部３で囲まれた収容空間Ｓが形成されている。なお、収容空間Ｓ内には、絶縁性液状材料として、例えば絶縁性のオイル１１が充填されている。

Ｘ線管４は、後述するバルブ２０が収容空間Ｓ内に収容された状態で、筒部８の開口部８ｂに液密に固定されている。また、バルブ２０の他端側開口部３４（図２参照）から突出するターゲット支持体１８の先端部分には、他端側開口部３４とターゲット支持体１８との固定部分Ｗを包囲する高圧キャップ（包囲部材）１２がネジ止めによって固定されている。

高圧キャップ１２は、導電性材料（例えばアルミニウム）からなり、ターゲット支持体１８における高圧電源部３側の先端部分の近傍に位置するバルブ２０の封止部分を包囲する。この高圧キャップ１２は、円形の底板部１２ｂとその縁部に立設された壁部１２ａを有し、その中心軸がＸ線管４の管軸と同軸となるように固定されている。壁部１２ａの内径は、少なくとも固定部分Ｗの近傍におけるバルブ２０の外径よりも大きい。壁部１２ａは、Ｘ線管４の管軸方向に沿って延びている。壁部１２ａは、筒部８の内壁から固定部分Ｗが見通せないように固定部分Ｗを遮蔽している。また、本実施形態においては、高圧キャップ１２は底板部１２ｂを有しており、この底板部１２ｂを挟み込むようにしてターゲット支持体１８に同軸方向にネジ止めされているが、ターゲット支持体１８の軸方向と交わるように壁部１２ａ側からネジ止めを行ってもよい。この場合は、底板部１２ｂはなくてもよい。

高圧電源部３は、絶縁ブロック９の上部中央に埋設されており、天板７の貫通孔７ａの下方に配置されている。この高圧電源部３は、高圧キャップ１２に片端が支持された圧縮バネ１３を介してターゲット支持体１８に電気的に接続され、この圧縮バネ１３及び高圧キャップ１２を介してターゲット支持体１８に対して高電圧を供給する。

次に、図２を参照して、上述したＸ線管４の構成について詳細に説明する。

図２は、Ｘ線管４を示す断面図である。図２に示すように、Ｘ線管４は、真空外囲器１６と、電子銃１７と、ターゲット支持体１８とを備えている。真空外囲器１６は、外囲器本体１９と、バルブ２０とによって構成されている。金属からなる外囲器本体１９は、陽極となるターゲットＴを収容するための胴部２１と、陰極となる電子銃１７を収容する電子銃収容部２２とから構成されている。胴部２１は、金属によって略円筒状に形成され、内部空間Ｒを有している。また、胴部２１の外周には、Ｘ線源１における筒部８の開口部８ｂへの固定に用いられるフランジ部２１ａが設けられている。さらに、胴部２１の下端部２１ｃには、出力窓２３が固定された蓋板２４が設けられ、この蓋板２４によって内部空間Ｒの下端側が塞がれている。

電子銃収容部２２は、金属によって断面円形の筒状に形成され、胴部２１と直交するように胴部２１の側部下側に気密に接合されている。この電子銃収容部２２と胴部２１との接合部分には、電子銃収容部２２の内部と胴部２１の内部空間Ｒとを連通させ、収束電極として作用するアパーチャ２６が設けられており、アパーチャ２６と反対側の端部には、ステム基板２７が固定されている。また、電子銃１７は、カソードＣと、ヒータ２８と、第１グリッド電極２９及び第２グリッド電極３０とによって構成され、これらが複数のステムピン３１を介してステム基板２７に取り付けられている。各ステムピン３１は外部電源（図示しない）に接続され、これにより電子銃１７に所定の電圧が供給される。

一方、バルブ２０は、例えばガラスやセラミックなどの絶縁体によって直径約５０ｍｍの略円筒状に形成されている。このバルブ２０の一端側開口部３２には、金属製のリング部材３３が融着によって接合されており、一端側開口部３２は、バルブ２０内に胴部２１の上端部２１ｂが配置されるように、リング部材３３を介して胴部２１に接合されている。また、ターゲット支持体１８は、金属製であり、例えば銅材によって直径約１５ｍｍの棒状に形成されており、一端部１８ａに形成された傾斜面１８ｃにはターゲットＴが埋設されている。そして、ターゲット支持体１８の一端部１８ａは、ターゲットＴが内部空間Ｒ内で電子銃１７と向き合うように、バルブ２０の一端側開口部３２を通って外囲器本体１９における胴部２１の内部空間Ｒ内に配置されている。このような構成により、Ｘ線管４では、電子銃１７から出射した電子がアパーチャ２６を通ってターゲットＴに衝突すると、ターゲットＴの表面からＸ線が発生する。そして、発生したＸ線は出力窓２３を通ってＸ線管４の外部に取り出される。なお、ターゲット支持体１８は、ターゲットＴと同質の材料でターゲットＴと一体的に形成してもよい。

ここで、図３を参照して、上述したバルブ２０の他端部の構成についてさらに詳細に説明する。

図３に示すように、バルブ２０の他端部は、バルブ２０の本体部３６の外径よりも小径化されており、直径約２５ｍｍの狭窄部３７として段差状に形成され、本体部３６から突出するようになっている。そして、この狭窄部３７の上端がバルブ２０の他端側開口部３４となっている。また、バルブ２０の他端側開口部３４には、金属製の筒状部材、例えばコバールからなる筒状部材４０が融着によって接合されている。筒状部材４０の上端側はターゲット支持体１８の外径に合わせて段差状に小径化されており、この小径部分の内側には、ターゲット支持体１８の他端部１８ｂが挿通する金属製の筒状部材、例えばコバールからなる筒状部材４１が溶接固定されている。そして、バルブ２０の他端側開口部３４は、筒状部材４０及び筒状部材４１を介してターゲット支持体１８の他端部１８ｂに固定され、封止されている。

さらに、ターゲット支持体１８には、バルブ２０の狭窄部３７に近接するように金属製の遮蔽部４２が一体的に形成されている。遮蔽部４２は、その主たる径（ここでは最大径）が、バルブ２０の本体部３６より小さく、狭窄部３７より大きい直径約３０ｍｍの円板状をなしており、各角部４２ａがＲ状に面取りされて丸められている。この遮蔽部４２は、バルブ２０の一端側から見てターゲット支持体１８の他端部１８ｂとバルブ２０の他端側開口部３４との固定部分Ｗを遮蔽し、特に、遮蔽部４２は、外囲器本体１９における胴部２１の上端部２１ｂから他端側開口部３４と筒状部材４０との接合部分、つまり絶縁性材料と金属との接合による封止部分が見通せないように当該封止部分を遮蔽している。

以上説明したように、Ｘ線源１及びＸ線管４では、外囲器本体１９とバルブ２０の他端側開口部３４との間において、バルブ２０の一端側から見てターゲット支持体１８と他端側開口部３４との固定部分Ｗを遮蔽する遮蔽部４２が形成されている。これにより、バルブ２０の一端側と固定部分Ｗとの間の放電の発生を抑制することができる。また、バルブ２０の他端部が狭窄部３７として形成され、このバルブ２０の他端側開口部３４がターゲット支持体１８に固定されているため、バルブに内筒部が形成されてなる従来のＸ線管に比べ、バルブ２０及び遮蔽部４２の形状を単純化することができる。このような単純な構成により、Ｘ線発生の動作時におけるバルブ２０内の電界安定性が向上してバルブ２０内での放電の発生の効果的な抑制を実現することができるほか、放熱性の向上や残留ガスの低減化も図られる。さらに、ターゲット支持体１８とバルブ２０の他端側開口部３４とを固定する際には、バルブ２０の外側で溶接等の作業を行うことができるため、バルブに内筒部が形成されてなる従来のＸ線管に比べて作業容易性や視認性が向上し、製造されたＸ線管４の信頼性を高めることも可能となる。

また、Ｘ線源１及びＸ線管４では、遮蔽部４２がターゲット支持体１８と一体的に形成されているため、バルブ２０内の部品点数が減少する。したがって、溶接等によって別部材を接合する工程が省かれ、バルブ２０内での金属片の残留や表面の凹凸が生じにくくなるので、電界の一層の安定化が図られる。さらに、遮蔽部４２は、各角部４２ａがＲ状に面取りされて丸められており、Ｘ線発生動作時における電界の局所的な集中が回避される。これらの結果、バルブ２０内での放電の発生を一層効果的に抑制することができる。

また、Ｘ線源１及びＸ線管４では、ターゲット支持体１８とバルブ２０の他端側開口部３４とは、筒状部材４０及び筒状部材４１を介して接合されている。この接合にあたっては、例えば予め他端側開口部３４には筒状部材４０を融着しておくと共に、ターゲット支持体１８の他端部１８ｂには筒状部材４１を溶接しておき、最後に筒状部材４０と筒状部材４１とを溶接する。こうすると、筒状部材４０と筒状部材４１との溶接時にターゲット支持体１８を筒状部材４０に沿わせて軸方向に微調整することができるので、電子銃１７に対するターゲットＴの位置合わせを精度良く行うことができる。

さらに、Ｘ線源１では、Ｘ線管４と高圧電源部３との接続にあたって、バルブ２０の他端側開口部３４とターゲット支持体１８との固定部分Ｗが高圧キャップ１２によって包囲され、筒部８の内壁側から見通せないように遮蔽されている。これにより、Ｘ線発生動作時において、Ｘ線管４と筒部８の内壁との間の放電の発生を抑制することができる。

さらに、Ｘ線源１では、筒部８が絶縁ブロック９に固定され、Ｘ線管４のバルブ２０が筒部８に収容され、高圧キャップ１２が、筒部８の内壁から固定部分Ｗが見通せないように固定部分Ｗを包囲している。これにより、Ｘ線発生動作時において、Ｘ線管４の放熱性を高めることができるので、Ｘ線管４内部での放電の発生を抑制することができる。さらに、高圧キャップ１２が固定部分Ｗを包囲することにより、Ｘ線管４と筒部８の内壁との間の放電の発生を抑制することができる。さらに、高圧キャップ１２が、Ｘ線管４の管軸方向に沿って延びる壁部１２ａを有し、壁部１２ａが、筒部８の内壁から固定部分Ｗが見通せないように固定部分Ｗを包囲している。このため、固定部分Ｗ近傍の電界を乱すことがなく、より効果的に放電を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形を適用することもできる。例えば、上述した実施形態では、遮蔽部４２の形状は各角部４２ａがＲ状に面取りされて丸められた円板形状とされているが、この形状は例えば球体や楕円体といった角部を有しない形状としてもよい。

また、図４に示すように、筒状部材としてフランジを有する筒状部材４０Ａ及び筒状部材４１Ａを用いてもよい。この場合、筒状部材４０Ａ及び筒状部材４１Ａの互いのフランジを重ね合わせることで、フランジ同士を溶接によって固定することができる。さらに、図５に示すように、バルブ２０の他端部は、テーパ状に小径化された狭窄部３７Ａとして形成してもよい。この場合には、狭窄部３７Ａの形状に合わせてテーパ状に小径化された筒状部材４０Ｂを用い、遮蔽部４２は、その主たる径（ここでは最大径）をバルブ２０の本体部３６より小さく、狭窄部３７Ａでの固定部分Ｗより大きくすることが好ましい。また、図６に示すように、ターゲット支持体１８の一端側から他端側にかけて徐々に大径化して形成した遮蔽部４２Ａと、狭窄部３７Ａとを組み合わせてもよい。この場合には、遮蔽部４２Ａは、その最大径をバルブ２０の本体部３６より小さく、狭窄部３７Ａでの固定部分Ｗより大きくすることが好ましい。このような変形例においても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

Claims (8)

1. 電子銃から出射された電子をターゲットに衝突させることによりＸ線を発生するＸ線管であって、
   前記電子銃を収容する外囲器本体と、
   前記外囲器本体に一端側開口部が固定され、他端部が狭窄部として形成された筒状のバルブと、
   前記バルブに挿通され、前記ターゲットを支持するターゲット支持体とを備え、
   前記ターゲット支持体には、前記バルブの他端側開口部が固定されていると共に、前記外囲器本体と前記他端側開口部との間において、前記バルブの一端側から見て前記ターゲット支持体と前記他端側開口部との固定部分を遮蔽する遮蔽部が形成されている、Ｘ線管。
2. 前記遮蔽部は、前記ターゲット支持体と一体的に形成されている、請求項１記載のＸ線管。
3. 前記遮蔽部は、角部が丸められた形状をなしている、請求項１又は２記載のＸ線管。
4. 前記遮蔽部は、角部を有しない形状をなしている、請求項１又は２記載のＸ線管。
5. 前記他端側開口部に接合され、前記ターゲット支持体が挿通する筒状部材を更に備え、
   前記他端側開口部は、前記筒状部材を介して前記ターゲット支持体に固定されている、請求項１〜４のいずれか一項記載のＸ線管。
6. 請求項１〜５のいずれか一項記載のＸ線管を収容する筐体と、前記Ｘ線管の前記ターゲット支持体に電圧を供給する高圧電源部とを備え、
   前記ターゲット支持体と前記他端側開口部との前記固定部分は、包囲部材により包囲されている、Ｘ線源。
7. 前記筐体は、
   前記高圧電源部が埋設された絶縁ブロックと、
   前記絶縁ブロックに固定され、内部に絶縁性液状材料を充填した金属製の筒部とを備え、
   前記Ｘ線管の前記バルブが前記筒部に収容され、
   前記包囲部材は、前記筒部の内壁から前記固定部分が見通せないように前記固定部分を包囲している、請求項６に記載のＸ線源。
8. 前記包囲部材は、前記Ｘ線管の管軸方向に沿って延びる壁部を有し、
   前記壁部が、前記筒部の内壁から前記固定部分が見通せないように前記固定部分を包囲している、請求項７に記載のＸ線源。

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